高溫工作環(huán)境下的不銹鋼緊固件

      熱交換器正常工作溫度達1000°F(約283°C)時，用不銹鋼制成的螺栓卻生銹了!這是為什么呢?原來，在較高溫度時，熱循環(huán)會使某些不銹鋼變成非不銹鋼．所以選擇緊固件材料上一定要慎重，以免發(fā)生意外。

    不銹鋼背景 :
    根據(jù)定義，不銹鋼含鉻量應(yīng)不小于10.5％，但作者認為，該含量仍低。為防止常溫下不銹鋼生銹，不銹鋼基體含鉻量應(yīng)該在12％左右。
    與普遍觀點相反，不銹鋼不會永遠是不銹鋼。熱循環(huán)會使某些不銹鋼的含鉻量降至使其生銹的水平。但不銹鋼種類很多，所以通�？蛇x擇其中一種滿足特殊用途的不銹鋼。
    300系列不銹鋼
    300系列不銹鋼也就是我們所知道的18—8鋼，是緊固件、接頭、管子和管道最常用的材料。304型不銹鋼是不銹鋼緊固件最普通的材料。18—8鋼是300系列不銹鋼鉻和鎳的名義含量．這些材料表面上看有很好的抗腐蝕性能，但將304不銹鋼加熱到850°F(約199°C)以上，由于碳的沉積作用．會使鉻的含量下降。高溫度下鉻與碳結(jié)合形成碳化鉻，而碳化鉻是不防銹的。采用304L不銹鋼可以緩和該問題，304L不銹鋼含碳量是304型不銹鋼的1／3。用321不銹鋼或347不銹鋼可以消除碳化鉻的形成。321不銹鋼和347不銹鋼分別含鈦和鈮，其性質(zhì)很穩(wěn)定。由于鈦和鈮對碳的親和力比鉻大，它們與碳在高溫下分別形成碳化鈦和碳化鈮，因而鉻就保留下來。ASTMAl93中300系列不銹鋼用于螺栓的有304、321和347不銹鋼。
    由于300系列不銹鋼的強度只有在冷成形時才得到強化，當(dāng)溫度達到1000°F(約283°C)時，熱循環(huán)會使緊固件強度下降至退火狀態(tài)。如果強度下降不可接受，那么穩(wěn)定的材料321或347也不令人滿意。故要考慮其他材料。
    400系列不銹鋼
    400系列不銹鋼的含鉻量比300系列不銹鋼低，但沒有像300系列有碳沉積問題，而且可熱處理，可用于溫度高達1200°F(約393℃)的工作環(huán)境。但由于含鉻只有12％一14％，在有嚴重化學(xué)氣氛的環(huán)境中使用會腐蝕，而300系列含16％一20％的鉻，不會腐蝕。300系列不銹鋼與400系列不銹鋼在強度上相同。300系列不銹鋼無磁性，而400系列不銹鋼有磁性。根據(jù)ASTMF593規(guī)定，400系列不銹鋼中410、416和430系列用于緊固件。
    鎳基材料如lnconel系列(由lnconel國際公司提供)或Haynes系列(由Haynes國際公司)是高溫應(yīng)用的極好材料。這些合金鋼中的大部分合金鋼含鉻至少16％，用于防腐。他們也可熱處理。在高溫下強度高，當(dāng)然718合金鋼可能是緊固件用得最多的材料，是宇宙飛船中的標準細牙緊固件。還有Monel(約65％鎳和33％銅)也用于緊固件，但強度很低。Haynes國際公司將他們的材料取名為Haslelloy或HaynesXX。Inconel和Haynes公司都提供一些相同的緊固件材料如718和X—750。
    A—286不銹鋼
    這是一種航天工業(yè)用得最廣泛的不銹鋼。它是鐵基不銹鋼，含鉻15％，可熱處理，可冷作硬化。無冷作硬化時抗拉強度在140—180ksi，熱處理加上冷作硬化可便抗拉強度達到220ksi，但此時的延伸率相對疲勞負荷來說太低。A—286工作溫度在-423°C—1200°C，幾乎所有的航天工業(yè)用緊固件供應(yīng)商都能提供A一286緊固件。
    MP35N和MPl59
    SPS技術(shù)公司提供的MP35N和MPl59材料是高溫和腐蝕性環(huán)境下應(yīng)用的非常好的材料，含鉻19％。這些材料即使在航天工業(yè)上也算是昂貴的。Waspalloy是這組材料中另一種用于極高溫度的材料。只有在無選擇的情況下才使用這些材料，這些材料價格既高，又不易得到。
    總結(jié)
    在1000°F(283℃)工作環(huán)境下采用304不銹鋼是不明智的，如材料強度下降接近退火狀態(tài)可接受，可選擇穩(wěn)定材料如321或347不銹鋼：如強度要求高，而環(huán)境腐蝕不是很嚴重，可采用400系列不銹鋼應(yīng)能滿足要求。如300系列和400系列不銹鋼都不能解決問題，采用A—286。Inconel，Haynes，MP35N和MPl59都是很好的材料，但成本高．且不易得到。一般設(shè)計規(guī)則是：必要時才用昂貴的材料以獲得令人滿意的設(shè)計性能。